Este documento discute a aplicação conjunta de técnicas de inspeção não destrutivas de tubos de trocadores de calor, incluindo IRIS, correntes parasitas, campo remoto e MFL. Cada técnica tem limitações e vantagens, mas quando aplicadas juntas podem otimizar a preparação, limpeza e fornecimento de utilidades, além de aumentar a efetividade das inspeções ao permitir a detecção de diferentes tipos de danos nos tubos. Quatro casos reais são discutidos como exemplos.

1. APLICAÇÃO CONJUGADA DAS TÉCNICAS DE IRIS, CORRENTES PARASITAS,
CAMPO REMOTO e MFL NA INSPEÇÃO DE TUBOS DE TROCA TÉRMICA.
Mauro Duque de Araujo
Arilson Rodrigues da Silva
1
- INTRODUÇÃO
Falhas em tubos de trocadores de calor e caldeiras causam prejuízos associados a perdas de produção e
também com a manutenção dos equipamentos, podendo em alguns casos afetar a segurança de
processos, dos trabalhadores e da comunidade. Estes tubos possuem espessuras tipicamente inferiores a 3
mm, para que tenham boa condutividade térmica, o que os torna muito sensíveis a falhas quando atuam
processos de deterioração mecânicos ou corrosivos, tais como fadiga, corrosão sob tensão, etc...
Os danos associados a estes mecanismos de deterioração, que freqüentemente levam a falhas, ocorrem
tipicamente em regiões onde o acesso é difícil. O exame visual e o teste hidrostático, que normalmente
fazem parte do plano de inspeção de trocadores de calor e caldeiras, são úteis para detectar vazamentos e
danos visíveis nas extremidades dos tubos, o que conseqüentemente torna sua utilidade limitada.
Para localizar os danos existentes ao longo do comprimento dos tubos, principalmente nestas regiões de
difícil acesso, foram desenvolvidas diversas técnicas de ensaios não destrutivos que vem sendo
aprimoradas continuamente, mais acentuadamente nos últimos anos com o advento e a popularização dos
computadores pessoais, que armazenam e a apresentam em tempo real de uma grande quantidade de
dados. As principais técnicas são o IRIS (Internal Rotary Inspection System), o CAMPO REMOTO (RFTRemote Field Testing), CORRENTES PARASITAS (CP- Eddy-current) e o MFL (Flux Magnetic Leakage).
Cada uma das técnicas citadas apresenta limitações, vantagens e desvantagens, e por este motivo tem sido
aplicadas em conjunto com ganhos econômicos e aumento de efetividade das inspeções.
2
- PRINCIPIOS, APLICAÇÕES e LIMITAÇÕES DAS TECNICAS DE INSPEÇÃO DE TUBOS
2.1- IRIS (Internal Rotary Inspection System)
É uma técnica do método ultra-sônico, que consiste basicamente na “varredura” de todo o comprimento do
tubo por um feixe normal de ultra-som. Isto se dá pela rotação de um pequeno espelho acoplado à uma
turbina movida a água que recebe o feixe e o direciona perpendicularmente a superfície do tubo, conforme
ilustra a figura abaixo, a água serve também para acoplamento.
Espelho
Turbina
Cabeçote de ultra-som
Tubo
Figura 1 – Método do ensaio Iris
1

2. Figura 2 - Caminho do ultra-som no tubo
Os resultados obtidos desta maneira são apresentados nas formas A, B, C e D-scan, conforme ilustrado
abaixo, o que permite a localização e o dimensionamento preciso dos danos.
PERDA DE ESPESSURA
LOCALIZADA
C-scan
B-scan
D-scan
Figura 3 – Representação gráfica A, B, C e D-Scan
2

3. As principais vantagens da técnica são:
•
•
•
Pode ser aplicada a todo tipo de material
Possui precisão no dimensionamento de perdas de espessura localizadas (φ > 3mm) e
generalizadas;
Pode ser utilizado em um range amplo de diâmetros de tubos (entre 10 mm a 60 mm) , podem ser
desenvolvidos dispositivos especiais tanto para inspeção de diâmetros menores com para
diâmetros maiores.
As principais desvantagens se concentram em:
• Exigência de limpeza rigorosa
• Baixa velocidade de ensaio (tipicamente 600 metros lineares por dia)
• Detecta apenas danos do tipo perda de espessura
2.2- RFT (Remote Field Testing) – Campo Remoto
É uma técnica do método eletromagnético, que consiste na “varredura” de todo o comprimento do tubo
utilizando-se sondas que emitem um campo magnético que é atenuado pelo “volume de material” existente
entre o emissor e o receptor. Uma correlação entre a intensidade do campo magnético “sentido” e a
espessura dos tubos, “plano de voltagem” é a base para a detecção e dimensionamento da espessura real
dos tubos.
A utilização de duas freqüências para eliminar sinais indesejáveis, o recurso de “compensação de
freqüências”, a utilização de equipamentos e softwares atualizados que permitem a apresentação dos
dados em tempo real e a gravação simultânea para analise posterior, são fatores decisivos na precisão dos
resultados, assim como na maximização da velocidade de inspeção.
Figura 4 – Método de campo remoto
3

4. Figura 5 – Plano de voltagem de um ensaio por Campo Remoto
As principais vantagens da técnica são:
•
•
•
•
Permite a inspeção de tubos parcialmente incrustados
Baixo fator de enchimento (menor que o eddy-current)
Sondas flexíveis para inspeção de partes curvas de tubos, tipicamente utilizados em caldeiras
Velocidade de ensaio superior ao IRIS
As principais desvantagens são:
•
•
•
•
•
Aplicável somente na Inspeção de materiais magnéticos;
Não detecta danos sob chicanas e espelhos
Possui limitações para detecção de pequenos danos
A execução do exame e a interpretação dos resultados exige experiência e habilidade
Exige a fabricação de padrões para cada tipo de tubo examinados
2.3- MFL (Magnetic Flux Leakage)
É uma técnica do método eletromagnético, que consiste na “varredura” de todo o comprimento do tubo
utilizando-se uma sonda construída com dois fortes imãs permanentes. Estes imãs geram um campo
magnético que satura a parede do tubo.
Uma sonda absoluta mede a variação do campo magnético causada por perdas de espessura. Quando uma
falha é localizada entre os dois imãs, ocorre uma “perturbação” no campo magnético resultando no
“vazamento” de uma pequena quantidade de fluxo magnético para o diâmetro interno do tubo. Este fluxo é
detectado por uma bobina diferencial, localizada entre os magnéticos. Um enrolamento colocado no final da
sonda detecta o magnetismo residual e permite a discriminação entre danos internos e externos.
4

5. Campo magnético saturando orientado
axialmente
Bobinas diferenciais
Imã permanente
Bobinas absolutas/diferenciais Cabo da sonda
Figura 6 – Método de MFL
Figura 7 – Plano de voltagem do ensaio de MFL
As principais vantagens da técnica são:
•
•
•
•
•
•
Inspeção de tubos aletados
Permite a inspeção de tubos parcialmente incrustados
Detecta pites, trincas circunferenciais e perdas de espessura
Ë pouco sensível a presença de chicanas e espelhos
Permite elevadas velocidades de aquisição de dados
A interpretação dos resultados é relativamente simples
As principais desvantagens são:
•
•
•
O dimensionamento é precário, é recomendada principalmente para detecção de danos
O fator de enchimento requerido é semelhante ao eddy-current.
Exige a fabricação de padrões para cada tipo de tubo examinados
5

6. 2.4- ECT (Eddy-current Testing) – Correntes Parasitas
É uma técnica do método eletromagnético, que consiste na “varredura” de todo o comprimento do tubo
utilizando-se uma ou mais sondas que geram campos magnéticos que induzem correntes parasitas nos
tubos examinados.
A presença de descontinuidades causa uma perturbação na impedância do sistema de ensaio que é
correlacionada a defeitos artificiais com dimensões conhecidas induzidos e tubos semelhantes aos
ensaiados (tubos padrão). Esta correlação é representada pelo “plano de impedância”.
Entre todas as técnicas é a que apresenta a maior sensibilidade e versatilidade, já que é capaz de detectar
e dimensionar (com algumas limitações), todos os tipos de danos normalmente encontrados em tubos,
desde perdas de espessura localizadas e extensas, até trincas circunferenciais, longitudinais e ramificadas,
através da utilização equipamentos e softwares atualizados que permitam a operação com múltiplas
freqüências, múltiplos canais e sondas apropriadas.
O principal problema observado na inspeção por eddy-current , surge quando os espelhos ou chicanas são
fabricados com materiais semelhantes aos tubos; esta situação pode causar “distorções” nos sinais que
limitam a detecção e o dimensionamento de danos.
INSPEÇÃO DE TUBOS UTILIZANDO SONDAS TIPO BOBINA
FURO
PASSANTE
SULCO
EXTERNO
SULCO
INTERNO
CHICANA
MAGNETICA
DEPOSITO
MAGNETICO
DEFORMAÇÃO
SULCO EXTERNO
SULCO INTERNO
FURO PASSANTE
CHICANA MAGNETICA
DEPOSITO MAGNETICO
DEFORMAÇÃO
ABSOLUTO
DIFERENCIAL
PLANO DE IMPEDANCIA
Figura 8 – Metodologia do ensaio por Eddy Current
As principais vantagens da técnica são:
•
•
•
•
•
•
É aplicável a uma ampla gama de materiais não ferromagnéticos ou levemente magnéticos, tais
como aços inoxidáveis austeníticos, cobre e suas ligas, titânio e suas ligas, inconel, etc...
Pode detectar pites, perda de espessura, e trincas longitudinais, ramificadas e circunferenciais (com
sondas especiais)
A utilização de múltiplas freqüências possui mais recursos de analise e melhora o
dimensionamento;
As sondas exigem bom fator de enchimento principalmente para danos internos, de 85 a 90%
A centralização da sonda é importante para uniformizar a sensibilidade e redução de ruídos
A aquisição de dados é muito rápida podendo chegar a 2 m/s.
6

7. As principais desvantagens são:
•
•
•
Possui sérias limitações para inspeção de materiais ferromagnéticos;
Exige a fabricação de padrões para cada tipo de tubo examinados
A execução do exame e a interpretação dos resultados exigem experiência e habilidade
A tabela abaixo resume as limitações e aplicações das técnicas para três grupos de materiais, os aços
inoxidáveis austeníticos, os aços carbono e cobre e suas ligas.
TIPO DE
MATERIAL
TECNICA
IRIS
AÇOS
EC
CARBONO
RFT
MFL
IRIS
AÇOS INOX
AUSTENITICOS EC
RFT
MFL
IRIS
COBRE E SUAS EC
LIGAS
RFT
MFL
TIPO DE
MATERIAL
PITE ISOL
Tubo
Chicana
Φ > 3 mm
NA
NA
NA
Φ > 20% D
Φ > 3 mm Φ > 3 mm
Φ > 3 mm
[3]
Φ > 2 mm
NA
NA
NA
NA
Φ > 3 mm
[3]
Φ > 2 mm
NA
NA
NA
NA
PEG
Tubo
Chicana
NA
PE>20%
PE>20%
NA
NA
PE>20%
PE>20%
NA
NA
[3]
NA
NA
PE>20%
NA
NA
[3]
NA
NA
TIPO DE DANO
PEL
TC
Tubo
Chicana
Tubo
Chicana
NA
NA
NA
NA
[1]
[1]
PE>20%
NA
NA
NA
PE>20% PE>20%
S
S
NA
NA
PE>20%
[3]
H >1 0%
[3]
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
PE>20%
[3]
H >1 0%
[3]
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
TR
Tubo
Chicana
NA
NA
[1]
[1]
NA
NA
[2]
[2]
NA
NA
H >1 0%
[3]
NA
NA
NA
NA
NA
NA
H >1 0%
[3]
NA
NA
NA
NA
TL
Tubo
NA
[1]
NA
[2]
NA
H >1 0%
NA
NA
NA
H >1 0%
NA
NA
Chicana
NA
[1]
NA
[2]
NA
[3]
NA
NA
NA
[3]
NA
NA
TECNICA
IRIS
AÇOS
EC
CARBONO
RFT
MFL
IRIS
AÇOS INOX
AUSTENITICOS EC
RFT
MFL
IRIS
COBRE E SUAS EC
LIGAS
RFT
MFL
OBS
[1] Detecta trincas abertas a superficie interna
[2] Detecta as partes orientadas radialmente
[3] Chicanas do mesmo material distorcem o sinal e limitam a detecção e dimensionamento. Podem ser utiliz
[3] Chicanas do mesmo material distorcem o sinal e limitam a detecção e dimensionamento. Podem ser utiliz
TABELA 1 – Aplicações e limitações das técnicas de IRIS, ECT, RFT e MFL para inspeção de tubos.
Legenda:
φ −
PE –
D –
H –
TR –
TC –
TL –
•
Diâmetro do pite
Perda de espessura
Diâmetro do tubo
Altura da trinca
Trinca ramificada
Trinca circunferencial
Trinca longitudinal.
DISCUSSÃO DE RESULTADOS
A aplicação conjunta de duas ou mais técnicas proporciona ganhos associados à otimização das atividades
de preparação, tais como limpeza e fornecimento de utilidades; mas principalmente possibilita o aumento da
efetividade das inspeções.
Serão discutidos estes aspectos em 4 casos reais, descritos abaixo:
7

8. Caso 1 – Perda de espessura generalizada sob espelho, danos localizados como pites e trincas
Trocador de calor
Quantidade de tubos: 873
Casco: Ácido sulfúrico
Feixe: Água
Materiais
Tubos: SA-336-T1
Chicanas: AISI 304
Espelhos: AISI 304
Dimensões dos tubos
Diâmetro: 15,8 mm
Espessura: 1,65 mm
Comprimento: 10.000 mm
Danos
- Perda de espessura sob espelhos
- Pites
- Trincas
Técnicas
- Iris
- Eddy
Current
A operação do trocador de calor foi interrompida devido a ocorrência de vazamento de ácido por alguns
tubos. O exame por Eddy Current nos tubos “furados” permitiu a identificação do tipo de dano que causou
as falhas. Os sinais de correntes parasitas mostraram perda de espessura externa, localizada no “metro
inicial” dos tubos, a qual penetra a fresta entre o espelho e os tubos, no restante do comprimento dos tubos
não foram identificados outros danos tais como trincas longitudinais, trincas circunferenciais (através da
utilização de sondas especiais tipo “pankake”) e pites tanto internos quanto externos. As dimensões dos
danos e este fato geraram imprecisão na espessura medida pelo exame. Conseqüentemente o ensaio
apenas indicou tubos danificados e pode ter suprimido algum pequeno dano localizado próximo ao espelho
ou no interior da fresta entre o espelho e os tubos. Por esta razão foi utilizado o exame por Iris para
medição de espessura residual e distribuição dos danos. As sondas tipo “pankake” também aumentam a
capacidade de detecção sob chicanas e espelhos fabricados do mesmo material dos tubos.
ESP. DE ENTRADA
ESP. DE SAÍDA
O sinal produzido indica grande
perda de espessura no metro
inicial dos tubos.
Figura 9 – Exame por Eddy Current – Mapeamento dos tubos com danos, região de ocorrencia e traço
indicando danos importantes no tubo.
8

9. O exame por Iris foi direcionado somente aos primeiros dois metros dos tubos, onde houve indicação de
danos, o que permitiu sua localização e dimensionamento precisos.Foi utilizado um dispositivo que funciona
como uma extensão do tubo para facilitar a inspeção da região abaixo do espelho (extremidade do tubo).
ESP. DE ENTRADA
ESP. DE SAÍDA
Figura 10 – Exame por Iris – Mapeamento dos tubos com danos, região de ocorrência e gráficos B/C/DScan com a morfologia da perda de espessura.
Mapeamento dos tubos por Eddy Current
Mapeamento dos tubos por Iris
Figura 11 – Comparação do resultado das duas técnicas aplicadas no trocador de calor
Neste caso a aplicação conjunta das técnicas permitiu o aumento da “efetividade” da inspeção devido a
sua complementaridade. O eddy-current permitiu a pesquisa de danos localizados, trincas e perda de
espessura de uma forma rápida e sem necessidade de limpeza previa (os tubos estavam isentos de
9

10. depósitos significativos), este fato aliado a maior velocidade do exame por eddy-current ajudou na rapidez
do diagnostico. O IRIS foi executado em seguida nos dois primeiros metros de cada tubo para aumentar a
precisão do dimensionamento, assim como a detecção de pites pequenos localizados sob o espelho, onde
o sinal do eddy-current é “distorcido” pela presença do espelho, o que dificulta a detecção (de pequenos
danos) e o dimensionamento da espessura residual dos tubos significativamente desgastados.
Caso 2 – Perda de espessura em tubos de aço carbono com limpeza inadequada
Trocador de calor
Quantidade de tubos: 180
Casco: Vapor
Feixe: Hidrocarbonetos
Materiais
Tubos: A-214
Chicanas: aço carbono
Espelhos: aço carbono
Dimensões dos tubos
Diâmetro: 19,05 mm
Espessura: 2,11 mm
Comprimento: 3048 mm
Danos
- Perda de espessura
sob chicanas
Técnicas
- Iris
- Campo Remoto
- MFL
O exame por Iris exige elevado grau de limpeza dos tubos. Esta limpeza neste caso é árdua e ineficiente,
em função da pressão utilizada no hidrojateamento e características da incrustação.
Neste caso os tubos danificados podem ser identificados por CAMPO REMOTO e MFL, e dimensionados
por IRIS. Esta seqüência de exames permite ganhos importantes de tempo e também custos com limpeza,
já que a limpeza “fina” exigida pelo IRIS pode ser executada somente em alguns tubos.
Na figura abaixo é mostrado um tubo onde o dano tipo perda de espessura significativa, localizado fora das
chicanas, foi dimensionado com precisão pelas técnicas de IRIS e CAMPO REMOTO. Esta convergência de
medidas também aumenta a “efetividade” da inspeção.
Figura 12 - Exame por Iris –
Fileira 02 tubo 09
Perda de espessura
localizada, com 57% da
espessura nominal
10

11. Figura 13 - Exame por
Campo Remoto – Fileira 02
tubo 09
Perda de espessura
localizada, com 61% da
espessura nominal
O mesmo ocorre onde o dano tipo perda de espessura significativa, localizado fora das chicanas, foi
dimensionado com precisão pelas técnicas de IRIS e MFL.
Figura 14 - Exame por Iris
Perda de espessura
localizada.
Figura 15 - Exame por
MFL
11

12. Caso 3 – Trincas sob espelho
Trocador de calor
Quantidade de tubos: 925
Casco: AGR
Feixe: Ar comprimido
Materiais
Tubos: A-249-304
Chicanas: AISI 304
Espelhos: AISI 304
Dimensões dos tubos
Diâmetro: 19,05 mm
Espessura: 1,24 mm
Comprimento: 4880 mm
Danos
- Trincas sob espelho
Técnicas
- Eddy Current
A utilização da técnica de eddy-current com 4 (quatro) frequencias e 10 canais (4 absolutos e 6
diferenciais) com sondas especiais tipo “pankake”, permitiu o aumento da efetividade da inspeção em
relação a técnicas convencionais que utilizam apenas canais diferenciais e somente duas freqüências.
Houve vazamento em operação e trocador foi retirado para inspeção.
Os tubos do feixe foram examinados por eddy-current com o objetivo de localizar os danos responsáveis
pelos vazamentos observados.
O corpo dos tubos, fora da região dos espelhos, foi examinado com uma sonda tipo bobina convencional e
não foram identificados danos.
A região dos tubos localizada próximo aos espelhos e sob eles (na fresta existente após o final da região
mandrilada) foi examinada com sondas especiais que conjugam bobinas e sondas superficiais (“panckake”).
Este procedimento permitiu a localização e o dimensionamento das “trincas circunferenciais” de grandes
dimensões classificadas como “A”, e a localização de descontinuidades de menores dimensões ou
extensão, classificadas como “B”.
Os tubos que apresentaram descontinuidades tipo “A” foram plugueados preferencialmente, já que seu
numero superou a quantidade máxima de tubos que poderiam ser eliminados. Além destes tubos
plugueados inicialmente, foram plugueados outros classificados como “B” que apresentaram vazamento
durante o teste hidrostático.
Os resultados do exame por correntes parasitas, do teste hidrostático e a natureza dos danos observados
nos tubos removidos (trincas ramificadas externas) indicam que os danos foram generalizados.
INICIO DO ESPELHO E
MANDRILHAMENTO
FINAL DO
MANDRILHAMENTO
FINAL DO ESPELHO
TUBO REMOVIDO FILEIRA 6
3 mm
56,5 mm
12 mm
DISTANCIAS ENTRE INICIO E FINAL DO
MANDRILHAMENTO E A FRATURA.
Figura 16 - Distancia entre o inicio e final do
mandrilhamento e a fratura
Figura 17 - Região do deposito e fratura – Trincas
circunferenciais
12

13. TROCADOR
TIPO:
FILEIRA/TUBO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
B
B
B
B
B
B
B
A
B
B
B
B
B
A
B
B
B
B
B
B
A
B
B
B
B
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B
A
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B
A
B
B
B
A
B
B
A
B
B
B
B
B
B
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B
B
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32
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B
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B
B
B
B
B
B
A
B
A
A
A
Figura 18 - Mapeamento dos tubos, com classificação dos danos quanto a sua dimensão – “A” ou “B” .
Figura 19 - Traço típico de tubos com indicação do
tipo “A”
Figura 20 - Traço típico de tubos com indicação do
tipo “B”
Caso 4 – Perda sob chicana
Trocador de calor
Quantidade de tubos: 350
Casco: Metanol
Feixe: Etileno
Materiais
Tubos: A-213-304L
Chicanas: AISI 304
Espelhos: AISI 304
Dimensões dos tubos
Diâmetro: 19,05 mm
Espessura: 2,11 mm
Comprimento: 3100 mm
Danos
- Perda de espessura
sob chicanas
Técnicas
- Eddy Current
- Iris
Os mecanismos de deterioração atuantes podem causar danos do tipo pites, trincas e também perda de
espessura na região das chicanas devido a abrasão.
A detecção de pequenos pites e trincas por Iris não é possível e a detecção e dimensionamento da perda
de espessura dos tubos sob as chicanas por Eddy Current é dificultada quando ambos são fabricados do
mesmo material. Neste caso a conjugação das duas técnicas permitiu o aumento da efetividade da
inspeção, e a limitação do exame por IRIS aos tubos onde houve indicação de danos sob as chicanas.
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14. A perda de espessura dos tubos na região das chicanas foi detectada e dimensionada por Iris e a presença
dos pites e trincas foi pesquisada por Eddy Current.
SINAL DO DDA
Figura 21 - Exame por Eddy Current
- Traço do ensaio indicando
presença de descontinuidade com
aproximadamente 80% de perda de
espessura de parede na
periferia externa do tubo localizada
no tubo sob chicana.
SINAL DE CHICANA
CHICANA
DDA
Figura 22 - Exame por Eddy Current
- Traço do ensaio indicando
presença de descontinuidade com
aproximadamente 20% de perda de
espessura de parede na
periferia externa do tubo localizada
no tubo sob chicana.
Após a retirada do tubo mostrado na figura 22 acima, foi constatada que a perda de espessura na região da
chicana era maior do que a detectada pelo Eddy Current.
Devido a esta limitação da técnica de eddy-current para dimensionamento dos danos sob chicana, quando
os tubos e chicanas são fabricados com o mesmo tipo de material, foi executado o exame por Iris obtendo
total eficiência na detecção deste tipo de dano.
Figura 23 - Perda de espessura sob chicana. A perda tem a mesma largura que a espessura da chicana.
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15. Figura 24 - Exame por Iris Região do tubo sem perda de
espessura
Figura 25 - Exame por Iris Região do tubo abaixo da
chicana - perda de espessura
3 - CONCLUSÕES
A aplicação conjunta de duas ou mais técnicas apresenta várias vantagens em termos de otimização das
necessidades de limpeza e fornecimento de utilidades, velocidade de aquisição de dados no campo e
principalmente aumento da “efetividade de inspeção”. Os principais desafios na aplicação desta filosofia
se concentram na utilização de equipamentos, sondas e softwares com tecnologia avançada e atualizada,
no treinamento e formação de mão de obra técnica especializada, e uma estrutura de suporte técnico
adequada para a elaboração de procedimentos, supervisão dos serviços de campo e interpretação e analise
dos resultados.
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